JP7064287B2 - 伝導性ポリマー複合体 - Google Patents
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Description
三次元印刷に有用ないずれかの好適な熱可塑性ポリマーは、本開示の複合体に使用できる。複合体は、本明細書で開示される熱可塑性ポリマーのいずれかの混合物を含んで、単一ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの混合物を含むことができる。実施形態において、熱可塑性ポリマーは、アクリレートユニット、カルボン酸エステルユニット、アミドユニット、乳酸ユニット、ベンズイミダゾールユニット、カーボネートエステルユニット、エーテルユニット、スルホンユニット、アリールケトンユニット、アリールエーテルユニット、エーテルイミドユニット、エチレンユニット、フェニレンオキシドユニット、プロピレンユニット、スチレンユニット、ハロゲン化ビニルユニットおよびカルバメートユニットからなる群から選択される少なくとも1つの繰り返しユニットを含む。実施形態において、熱可塑性ポリマーは、コポリマー、例えば上記で列挙された繰り返しユニットのいずれかの2つ以上のブロックコポリマーである。例として、熱可塑性ポリマーは、ポリアクリレート、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリールエーテルケトン、例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、例えばポリエチレンおよびポリ(エチレン-co-ビニルアセテート)、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン、例えばポリプロピレンおよびポリ(フッ化ビニリデン-co-ヘキサフルオロプロピレン)、ポリスチレン、例えばポリスチレン、ポリ(スチレンイソプレンスチレン)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)およびポリ(スチレンエチレンブチレンスチレン)(SEBS)、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸(PLA)およびポリカプロラクトン、ポリウレタン、ポリアミド、例えばナイロン、ポリ(フッ化ビニリデン)(PVDF)およびポリ塩化ビニルからなる群から選択される少なくとも1つのポリマーを含むことができる。実施形態において、熱可塑性ポリマーは、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)またはPLAを含んでいない。
いずれかの好適なカーボンナノチューブは、実施形態において使用できる。好適なカーボンナノチューブの例としては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブおよびこれらの混合物を含む。実施形態において、カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブである。カーボンナノチューブの市販の供給源としては、例えばCHEAPTUBES(商標)またはNANOCYL(商標)から利用可能なカーボンナノチューブ、例えばNanocyl 7000が挙げられる。
用語「金属性粒子」は、金属ワイヤ、繊維、フレークおよび粒子の形態での金属添加剤を含むように本明細書において定義される。
σ=L/(R*A)(1)
を用いて計算される。
式中、
σはバルク電気伝導率であり;
Lはフィラメントの長さであり;
Rは押出フィラメントの測定された抵抗であり;
Aはフィラメントの断面積(πr2)であり、式中rはフィラメントの半径である。
抵抗Rは、複合体から製造された押出フィラメントを形成することによって測定できる。フィラメントの先端は銀でペイントされて、試験設備(例えばデジタルマルチメータ)との良好な電気的接続を提供するが、フィラメントが付加製造に使用されるべきである場合は必ずしもペイントされる必要はない。次いで抵抗は、フィラメントの長さにわたって測定できる。フィラメントの寸法およびRに関して測定された値は、次いで複合体のバルク伝導率(σ)を計算するために使用できる。
伝導性ポリマー複合体は、ポリマーベース(ポリカプロラクトン;「PCL」)を、10重量%の多層カーボンナノチューブ(MWNT)および30重量%の銀(Ag)フレークと、30rpmにて30分間Haake2軸押出機において溶融混合することによって調製した。得られた材料を低温粉砕し、粉砕された複合体をMelt Flow Indexer(MFI)および調整ダイを用いてフィラメントに押出した。MFI上の押出のための条件は、最終フィラメントを調製するために1.8mmオリフィスおよび16.96kgの錘を含んでいた。最終フィラメントは、約1.75mmの直径を有していた。
端部が銀ペイントでペイントされた実施例1の押出フィラメントの10cmセクションを使用して、バルク伝導率を計算するために抵抗を測定した。抵抗測定は、デジタルマルチメータを用いて完了させた。バルク伝導率を上記式1を用いて計算した。
銀フレークを用いなかった以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
多層カーボンナノチューブを用いず、65重量%の銀フレークを用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
銀フレークの代わりに30重量%のBiSnAg合金粒子を用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
多層カーボンナノチューブを用いず、75重量%のBiSnAg粒子を用いた以外、実施例3と同様の複合体を製造した。
銀フレークの代わりに26重量%の銅ワイヤを用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
多層カーボンナノチューブを用いず、53重量%の銅ワイヤを用いた以外、実施例4と同様の複合体を製造した。
銀フレークの代わりに30重量%のタングステンワイヤを用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
多層カーボンナノチューブを用いず、37.5重量%のタングステンワイヤを用いた以外、実施例5と同様の複合体を製造した。
5重量%のMWNTおよび銀フレークの代わりに30重量%の銅繊維を用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
6重量%のMWNTおよび銀フレークの代わりに55重量%の銅繊維を用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
銀フレークを用いず、銅繊維も用いなかった以外、実施例1および6と同様の複合体を製造した。
5重量%のMWNTおよび銀フレークの代わりに60重量%の銅を用いた以外、実施例1と同様の複合体を製造した。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕熱可塑性ポリマー;
複数のカーボンナノチューブ;および
伝導性ポリマー複合体の総重量に対して、約0.5重量%~約80重量%の範囲の量の複数の金属性粒子
を含む、伝導性ポリマー複合体。
〔2〕前記熱可塑性ポリマーが、アクリレートユニット、カルボン酸エステルユニット、アミドユニット、乳酸ユニット、ベンズイミダゾールユニット、カーボネートエステルユニット、エーテルユニット、スルホンユニット、アリールケトンユニット、アリールエーテルユニット、アリールアルキルユニット、エーテルイミドユニット、エチレンユニット、フェニレンオキシドユニット、プロピレンユニット、スチレンユニット、ハロゲン化ビニルユニットおよびカルバメートユニットからなる群から選択される少なくとも1つの繰り返しユニットを含む、前記〔1〕に記載の複合体。
〔3〕前記熱可塑性ポリマーが前記繰り返しユニットの2つ以上のコポリマーである、前記〔2〕に記載の複合体。
〔4〕前記コポリマーが1つ以上のアクリレートユニットを含む、前記〔3〕に記載の複合体。
〔5〕前記複数の金属性粒子が、フレーク、粒子およびワイヤからなる群から選択される1つ以上の形態を含む、前記〔1〕に記載の複合体。
〔6〕前記粒子がナノ粒子を含む、前記〔5〕に記載の複合体。
〔7〕三次元印刷の方法であって、前記方法が:
複合体を三次元プリンタに提供する工程であって、前記複合体が、熱可塑性ポリマー、前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して2重量%~約40重量%の範囲の量のカーボンナノチューブ、および前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して約0.5重量%~約80重量%の範囲の量の複数の金属性粒子を含む工程;
複合体を加熱する工程;および
加熱された複合体をビルドプラットフォーム上に押出し、三次元対象物を形成する工程
を含む、方法。
〔8〕前記加熱された複合体がフィラメントの形態である、前記〔7〕に記載の方法。
〔9〕伝導性ポリマー複合体フィラメントであって、
熱可塑性ポリマー;
前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して2重量%~約40重量%の範囲の量のカーボンナノチューブ;および
前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して約0.5重量%~約80重量%の範囲の量の複数の金属性粒子
を含む、フィラメント。
〔10〕前記少なくとも複数の金属性粒子が、フレーク、粒子およびワイヤからなる群から選択される1つ以上の形態を含む、前記〔9〕に記載の伝導性ポリマー複合体フィラメント。
Claims (4)
- 三次元印刷の方法であって、前記方法が:
複合体を三次元プリンタに提供する工程であって、前記複合体が、熱可塑性ポリマー、前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して5重量%~20重量%の範囲の量の複数の多層カーボンナノチューブ、および前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して30重量~80重量%の範囲の量の複数の金属性粒子を含む工程;
複合体を加熱する工程;および
加熱された複合体をビルドプラットフォーム上に押出し、三次元対象物を形成する工程
を含む、方法。 - 前記加熱された複合体がフィラメントの形態である、請求項1に記載の方法。
- 伝導性ポリマー複合体フィラメントであって、
熱可塑性ポリマー;
前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して5重量%~20重量%の範囲の量の複数の多層カーボンナノチューブ;および
前記伝導性ポリマー複合体の総重量に対して30重量%~80重量%の範囲の量の複数の金属性粒子
を含む、フィラメント。 - 前記少なくとも複数の金属性粒子が、フレーク、粒子およびワイヤからなる群から選択される1つ以上の形態を含む、請求項3に記載の伝導性ポリマー複合体フィラメント。
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